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    重庆时时彩走势看不到: 一种水下弱目标的分辨定位方法及系统.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201310682438.8

    申请日:

    2013.12.12

    公开号:

    CN104714232A

    公开日:

    2015.06.17

    当前法律状态:

    撤回

    有效性:

    无权

    法律详情: 发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):G01S 15/06申请公布日:20150617|||实质审查的生效IPC(主分类):G01S 15/06申请日:20131212|||公开
    IPC分类号: G01S15/06 主分类号: G01S15/06
    申请人: 中国科学院声学研究所
    发明人: 郑胜家; 韩东; 黄勇; 张春华
    地址: 100190北京市海淀区北四环西路21号
    优先权:
    专利代理机构: 北京法思腾知识产权代理有限公司11318 代理人: 杨小蓉; 杨青
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201310682438.8

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2017.09.01|||2015.07.15|||2015.06.17

    法律状态类型:

    发明专利申请公布后的视为撤回|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明提供一种水下弱目标分辨方法及系统,所述方法包含:首先,将多传感器阵列的接收信号通过空域矩阵滤波器滤除阻带内的强干扰信号,其中,所述空域矩阵滤波器满足阻带整体响应误差约束条件下的通带响应误差最??;然后,基于滤除强干扰的接收信号,采用匹配处理器对水下目标进行定位。本发明所述方法的基本思想是,使接收阵列信号通过空域矩阵滤波器,对接收阵列信号使用空域矩阵滤波技术,可以在保证通带目标信号无失真通过的前提下,有效滤除阻带内的强干扰信号,从而消除对通带目标信号的检测和定位的影响,再使用常规匹配处理器或者自适应匹配处理器对水下目标进行定位,实现在水面强干扰存在情况下的水下弱目标定位。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种水下弱目标分辨定位方法,该方法基于多传感器阵列实现对水下目标的距离和深度的估计,所述方法包含:首先,将多传感器阵列的接收信号通过空域矩阵滤波器滤除阻带内的强干扰信号,其中,所述空域矩阵滤波器满足阻带整体响应误差约束条件下的通带响应误差最??;然后,基于滤除强干扰的接收信号,采用匹配处理器对水下目标进行定位。

    2.  根据权利要求1所述的水下弱目标分辨定位方法,其特征在于,所述方法具体包含:
    步骤101)选取观测区域并将观测区域划分成网格,假设接收传感器阵列的阵元数为N,所对应的接收阵列信号为:
    y(t)=Vx(t)+n(t)    (1)
    式中,x(t)为水下目标的信号;y(t)为阵列接收的数据;n(t)为阵列的噪声;V为将空域划分为网格后,网格交叉点所对应的水下位置到达接收阵列的拷贝向量;
    步骤102)对观测区域进行划分,分为通带区域和阻带区域:对于要抑制的强干扰范围划分到阻带区域内,对于需要实现目标探测、定位的区域,划分到通带区域内;
    根据划分的阻带、通带和约束条件设计空域矩阵滤波器H对接收阵列数据滤波,滤波后的输出为:
    z(t)=Hy(t)=HVx(t)+Hn(t)    (2)
    步骤103)根据先验的环境参数作为传播模型进行声场建模,并计算步骤101)划分的网格交叉点所对应的水下位置到达接收阵列的拷贝向量,根据计算所得的拷贝向量和经过步骤102)滤波后的接收阵列数据作相关处理,得到模糊度平面,相关峰值处便为声源的估计位置。

    3.  根据权利要求2所述的水下弱目标分辨定位方法,其特征在于,所述先验的环境参数包含:声速剖面和海底参数。

    4.  根据权利要求2所述的水下弱目标分辨定位方法,其特征在于,所述空域矩阵滤波器H的计算方法包含如下步骤:
    步骤1.1)将探测区域划分成阻带区域和通带区域,对于想要抑制的强干扰范围,将之划分到阻带区域内,对于需要实现目标探测、定位的区域,划分到通带区域内,对阻带和通带区域分别进行深度和距离离散化,计算每一个离散化点的拷贝向量, 并构成阵列流行VP∈CN×P和VS∈CN×S分别如式(3)和式(4)所示:
    VP=[vp1,L,vpi,L,vpP],1≤i≤P    (3)
    VS=[vs1,L,vsj,L,vsS],1≤j≤S    (4)
    其中,vpi是通带离散化后的第i个方向向量,vsj是阻带离散化后的第j个方向向量,P,S分别为通带和阻带的离散化方向向量数目;
    步骤1.2)设定矩阵滤波器的约束条件如式(5)所示,即阻带整体响应误差约束条件下的通带响应误差最小,其中,归一化通带响应误差和归一化阻带响应分别为和且式中||·||F表示矩阵Frobenius范数:
    minHJ(H)=1MP||HVP-VP||F2s.t.1MS||HVS||F2ϵ---(5)]]>
    步骤1.3):构造如下的拉格朗日函数求解满足式公式(5)的最优化问题:
    L(H1;λ)=1NP||H1VP-VP||F2+λ(1NS||H1VS||F2-ϵ)---(6)]]>
    其中,λ>0是拉格朗日乘子;
    对L(H1;λ)求关于和λ的偏导数:
    ∂L(H1;λ)∂H1*=H1RP-RP+λH1RS---(7)]]>
    ∂L(H1;λ)∂λ=H1RSH1H-ϵ---(8)]]>
    其中,(·)H表示共轭转置,(·)-1表示非奇异方阵求逆;
    最优解及最优拉格朗日乘子应满足如下方程组:
    H^1RP-RP+λ^H^1RS=0---(9)]]>
    H^1RSH^1H-ϵ=0---(10)]]>
    对上式求解,可得最优解及确定最优拉格朗日乘子的方程为:
    H^1=RP(RP+λ^RS)-1---(11)]]>
    确定拉格朗日乘子的方程为:
    tr[RP(RP+λ^RS)-1RS(RP+λ^RS)-1RP]=ϵ---(12)]]>
    步骤1.4)将确定的拉格朗日乘子代入公式(11),求出满足约束条件的最优滤波器矩阵H。

    5.  根据权利要求4所述的水下弱目标分辨定位方法,其特征在于,对于宽带信号采用分频段的方式,对每个子频带设计独立的空域矩阵滤波器。

    6.  一种水下弱目标分辨定位系统,该系统基于多传感器阵列实现对水下目标的距离和深度的估计,所述系统包含:
    划分处理子???,用于选取观测区域并将观测区域划分成网格,假设接收传感器阵列的阵元数为N,所对应的接收阵列信号为:
    y(t)=Vx(t)+n(t)    (13)
    式中,x(t)为水下目标的信号;y(t)为阵列接收的数据;n(t)为阵列的噪声;V为将空域划分为网格后,网格交叉点所对应的水下位置到达接收阵列的拷贝向量;
    通带和阻带区域划分???,用于对观测区域进行划分,分为通带区域和阻带区域:对于要抑制的强干扰范围划分到阻带区域内,对于需要实现目标探测、定位的区域,划分到通带区域内;
    空域矩阵滤波器设计及滤波???,用于根据划分的阻带、通带和约束条件设计空域矩阵滤波器H,并基于空域矩阵滤波器H对接收阵列数据滤波;
    建模及处理???,用于根据先验的环境参数作为传播模型进行声场建模,并计算划分的网格交叉点所对应的水下位置到达接收阵列的拷贝向量,根据计算所得的拷贝向量和经过空域滤波后的接收阵列数据作相关处理,得到输出模糊度平面,相关峰值处便为声源的估计位置。

    7.  根据权利要求6所述的水下弱目标分辨定位系统,其特征在于,所述先验的环境参数包含:声速剖面和海底参数。

    8.  根据权利要求7所述的水下弱目标分辨定位系统,其特征在于,所述空域矩阵滤波器设计及滤波??榻徊桨?BR>划分处理子???,用于将划分的阻带和通带区域分别进行深度和距离离散化, 计算每一个离散化点的拷贝向量,并构成阵列流行VP∈CN×P和VS∈CN×S分别如式(14)和式(15)所示:
    VP=[vp1,L,vpi,L,vpP],1≤i≤P    (14)
    VS=[vs1,L,vsj,L,vsS],1≤j≤S    (15)
    其中,vpi是通带离散化后的第i个方向向量,vsj是阻带离散化后的第j个方向向量,P,S分别为通带和阻带的离散化方向向量数目;
    约束条件构造子???,用于设定矩阵滤波器的约束条件如式(16)所示,即阻带整体响应误差约束条件下的通带响应误差最小,其中,归一化通带响应误差和归一化阻带响应分别为和且式中||·||F表示矩阵Frobenius范数:
    minHJ(H)=1MP||HVP-VP||F2s.t.1MS||HVS||F2ϵ---(16)]]>
    拉格朗日函数构造子???,用于构造如下的拉格朗日函数求解满足式公式(16)的最优化问题:
    L(H1;λ)=1NP||H1VP-VP||F2+λ(1NS||H1VS||F2-ϵ)---(17)]]>
    其中,λ>0是拉格朗日乘子;
    对L(H1;λ)求关于和λ的偏导数:
    ∂L(H1;λ)∂H1*=H1RP-RP+λH1RS---(18)]]>
    ∂L(H1;λ)∂λ=H1RSH1H-ϵ---(19)]]>
    其中,(·)H表示共轭转置,(·)-1表示非奇异方阵求逆;
    最优解及最优拉格朗日乘子应满足如下方程组:
    H^1RP-RP+λ^H^1RS=0---(20)]]>
    H^1RSH^1H-ϵ=0---(21)]]>
    对上式求解,可得最优解及确定最优拉格朗日乘子的方程为:
    H^1=RP(RP+λ^RS)-1---(9)]]>
    确定拉格朗日乘子的方程为:
    tr[RP(RP+λ^RS)-1RS(RP+λ^RS)-1RP]=ϵ---(10)]]>
    求解子???,用于将确定的拉格朗日乘子代入公式(9),求出满足约束条件的最优滤波器矩阵H。

    9.  根据权利要求8所述的水下弱目标分辨定位系统,其特征在于,对于宽带信号采用分频段的方式,对每个子频带设计独立的空域矩阵滤波器。

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    一种 水下 目标 分辨 定位 方法 系统
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